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Werkstofftechnik 2 - Sintern der Formpresslinge

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Werkstofftechnik 2

Sintern der Formpresslinge

Liegt das Pulver in der gewünschten quasifesten Form vor, so kann der Pulverpressling gesintert werden. Das Sintern hat den Zweck den Pulverpressling zur verdichten, damit zum einen die Porösität verringert wird und zum anderen die gewünschten technischen Eigenschaften erzielt werden. Hierzu wird der Pressling dem Formwerkzeug entnommen und einem Ofen zugeführt. Im Ofen herrschen Temperaturen $ T_{sint} $ die unterhalb der Schmelztemperatur $ T_{Schmelz} $ liegen.

  • Bei einphasigen Pulvermischungen entspricht $ T_{sint} = 0,8 T_{Schmelz} $.
  • Bei mehrphasigen Pulvermischungen entspricht $ T_{sint} $ der Temperatur zwischen Liquidus- und Soliduszustand der niedrigstschmelzenden Komponente.  

Nach dem Sintervorgang hat sich der Pulverkörper in einen Kompaktkörper gewandelt. 

Merke

Ein besonders wichtiger Aspekt des Sinterns ist die Atmosphäre im Ofen. Denn zu Beginn des Sinterns besteht der Pressling nur aus einer von Hohlräumen geprägten Struktur, wodurch einer oxidierende Atmosphäre aus außerordentlich hohe Angriffsfläche geboten wird. Daher wird gerade bei metallischen Presslingen im Ofen eine reduzierende Atmosphäre eingestellt oder wenn eine sehr starke Oxidationsaffinität vorliegt, erfolgt der Sintervorgang im erzeugten Vakuum statt.  

Auch der Sintervorgang ist durch unterschiedliche Varianten geprägt. So unterscheidet man das Festphasensintern einphasiger Pulver von dem mehrphasiger Pulver oder das temporäre Flüssigphasensintern vom permanenten Flüssigphasensintern. In diesem Kurstext wird ausschließlich auf die beiden gängigsten Varianten eingegangen, die zudem vom Ablauf her sehr ähnlich zueinander sind:

Festphasensintern [einphasiges/mehrphasiges Pulver]

 Das Festphasensintern lässt sich in drei verbundene Abschnitte unterteilen:

  1. Frühstadium $\Longrightarrow $ Kontaktbildung und Kontaktwachstum zwischen benachbarten Teilchen in der Periode des Aufheizens.
  2. Zwischenstadium $\Longrightarrow $ oder Schwindungsstadium. Auftreten von Schwindungsgeschwindigkeiten. Maximum dieser im Bereich des isothermen Sinterns und nach dessen Überschreitung nicht linearer Abfall dieser. 
  3. Endstadium $\Longrightarrow $ Pressling erreicht Dichte eines Festkörper unter weiter abnehmender Schwindungsgeschwindigkeit. 

Merke

Beim Festphasensintern mehrphasiger Pulver werden die Vorgänge 1-3 noch zusätzlich durch das unterschiedliche Löslichkeitsverhalten der Komponenten beinflusst.